微波在硫化矿中的应用

1、微波在硫化矿中的应用(烟台金博士科技有限公司崔礼生)关键词微波，硫化矿，无污染，副产品摘 要微波具有选择性加热，加热速度快、均匀、清洁、高效、耗 能少、污染低、反应灵敏等特点，广泛应用在各学科领域。具有贫、细、 杂、难特点的硫化矿石如何利用好逐渐引起人们的重视。微波处理不失是 一种好方法，不仅指标优越，而且可以得到砷及硫的副产品，对环境无污 染，同时简化了后续工艺流程，应该加强对这方面的深入研究。微波(microwarve，MV)指波长 1um1mm，频率从 300MHz300GHz 的超高频电磁波。为避免干扰，国际上规定民用微波频率一般为 900( + 15)MHz和2450(50)MHz。

2、作为一种传输介质和加热能源，微波已被广泛 应用于各学科领域。其应用领域涉及工业、农业、医学、家庭等方面，尤 其在新材料合成，有机物和无机物的合成和分解，以及冶金中微波化学反 应等方面的研究发展较讯速。微波(microwarve，MV)指波长 1um1mm，频率从 300MHz300GHz 的超高频电磁波。为避免干扰，国际上规定民用微波频率一般为 900( + 15)MHz和2450(50)MHz。作为一种传输介质和加热能源，微波已被广泛 应用于各学科领域。其应用领域涉及工业、农业、医学、家庭等方面，尤 其在新材料合成，有机物和无机物的合成和分解，以及冶金中微波化学反 应等方面的研究发展较讯速。

3、2微波的工作机理微波具有比激光低得多的能级，却能在相同的温度甚至更低的温度下 产生比常规方法高几倍甚至几十倍的效率。对于这种高效率，目前学术界 主要有两种不同的观点：一种观点认为用于化学反应的微波频率2450MHz 属于非电离辐射，在与分子的化学键发生共振时不可能引起化学键断裂。 故其作用机理是极性介质在微波场作用下随其高速旋转而产生相当于“分 子搅动”的运动，从而被均匀地加热；即微波仅仅是一种加热方式，与传 统的加热方式一样只会使物质内能增加，但不会改变反应的动力学性质。 目前的许多实验报道结果支持了这一观点，如Jahangen研究了微波作用下ATP水解反应，得出的结论是微波加热与传统加热方

4、式对反应的影响基本 一致，Ranev也证实了这一结论。另一种观点认为微波对化学反应作用是非常复杂的，除了具有热效应 外还存在一种不是由温度引起的非热效应，它能改变反应的动力学性质， 降低反应的活化能，即微波对化学反应存在着选择性加热的影响（物质分子 结构与微波频率的匹配关系），存在着某些特定的非热效应的影响。目前的 一些实验研究也揭示了这一现象。总之，微波加快化学反应的解释有多种，“热效应”和“非热效应”这 两种观点都有不少证据支持。其加热过程是利用直流电源使磁控管产生微 波功率，通过波导输送到加热器中，物料吸收微波功率后，引起物体内部 分子的激烈振动，产生摩擦生热。对不同的物质，吸收的微波功

5、率的能力 不同，因此微波具有选择性加热的特点。微波技术具有清洁、高效、耗能少、污染低、加热速度快、反应灵敏、 加热均匀等特点，已在化学的各个领域及分支领域得到了广泛应用。为了 更有效有目的地利用微波，探讨并研究出微波反应机理（特别是非致热效应 的影响更具有特色），由此根据正确的反应机理及影响因子，设计制造专用 的微波反应设备。改进或完善现有的微波反应装置，扩大其应用范围并使 之能够提供更详细、准确的温度梯度信息和准确控制反应温度，将目前的 实验室研究成果进一步扩大到实际工业生产中，使微波技术真正造福于人 类。3微波对硫化矿石的处理作用硫化矿的含量比较大，尤其是具有贫、细、杂、难特点的矿石越来越

6、 多，如何利用好这些资源具有重要意义。加拿大的OHT和EMR微波技术公司都研究了微波能的应用，并将其 与矿业联系起来，特别是应用于预处理难选矿石和精矿中。山东烟台金惠 科技公司也对含砷硫矿石进行了小型工业试验，取得了初步结果。微波脱 硫的核心是利用微波的特殊作用，在密闭的循环系统中将有色和贵金属原 生硫化矿石中的硫和砷以单质硫和砷（或AS2O3）的形式产出，不产生SO2。典型的难处理的砷黄铁矿金矿石，为了回收金，需要进行焙烧、高压浸出或生物溶浸处理。由于太昂贵，高压浸出和焙烧已被禁止使用，生物 浸出又时常有问题。因为只有某些矿物对微波有反应，所以能够选择性地 应用微波能，可以大量地节约能量并且

7、能够避免或控制提高生产底线的某 些副产品。金精矿标准的焙烧过程使黄铁矿中的铁和硫发生氧化反应。这个依靠 硫氧化放热的过程是比较经济的。利用这种处理方法，可选择性地控制铁 的氧化和较好地控制除硫。通过把温度控制在硫的燃点以下和限制氧气浓 度，这个过程将黄铁矿直接氧化成赤铁矿和硫元素。利用微波反应如下：FeS2 加温f FeS+SFeS+H2O （高温）fH2S+Fe3O4H2S+O2fS+H2O普通黄铁矿焙烧：3FeS2+8O2fFe3O4+6SO2和/或4FeS2+11O2f 2Fe2O3+8SO2砷黄铁矿金精矿普通的砷黄铁矿焙烧产生赤铁矿以及副产品SO2和 As2O3。在受控条件下，交替反应

8、产生磁铁矿、砷的硫化物和少量的SO2。 利用微波反应设备，在浮床反应器中降低氧含量的情况下，借助于微波提 供的反应能量，使上述反应过程持续进行下去。砷黄铁矿焙烧分为两个阶 段过程：第一阶段：FeAsSfFeS +As （空气温度控制在500C550C）3FeS +2O2fFe3O4+3S和/或4FeS +3O2f 2Fe2O3+2S （空气温度控制在400C）第二阶段：3FeAsS +2O2Feq+3AsS和/或4FeAsS +3O2-2Feg+4AsS （空气温度控制在400C 500 C）3FeS2+2O2Fe3O4+6S和/或4Fe%+3O厂2Fe2O3+8S （空气温度控制在500C以

9、上）普通砷黄铁矿焙烧:FeAsS FeS+As4As +3O23FeS +5O2 和/或 4FeS +7O22As2O3Fe3O4+3SO22Fe2O3+4 SO2含碳的金矿石中有机碳对微波能非常敏感，迅速的微波加热会形成 CO2。EMR开展了试验性的示范项目，结果表明：每短吨矿石的能耗为 15kwh时，金的回收率超过95%。黄铜矿精矿很大程度上采用与金精矿相同的方式，微波精炼处理也能 用于铜精矿。由于充足控制加热速率和氧气浓度，在生成酸性物时仍能产 生适当的废气。EMR展示了一种能使硫化物有效氧化的微波过程。结果表 明：酸性溶液中铜的回收率超过99%。从反应中流出的低容量、高密度的 废气流适

10、宜于直接生产熔剂萃取用的酸性物。对于微波处理硫化矿，微波处理的有关数据如下表。附表一硫化矿和硫化物的微波加热升温速率矿物和化合物化学组成温度AT/At(k/s)（K）时间（S）硫化银Ag S24221500.83雌黄AS2S33652700.25硫化钡BaS4333000.45硫化钙CaS3752700.28硫化镉CdS3603000.21硫化钻CoS4314200.31硫化钻CO9S88921503.96硫化铜CuS7132851.54硫化亚铜CuS210261604.55硫钻矿Cu(Co，Ni)2S49701504.48黄铜矿CuFeS29806011.37斑铜矿Cu5Fe*1250150

11、6.35黝铜矿Cui7Sb4B134244200.3硫化亚铁FeS8001005.02磁黄铁矿Fe1 xS9554016.43黄铁矿FeS212924052.45镍黄铁矿（Fe，Ni）8S97521503.03硫化汞HgS3784200.19辰砂HgS4175100.23磁镍黄铁矿（Ni， Fe） S9561504.397 8辉钼矿MoS210601505.08三硫化钼MoS313794202.57硫化镍NiS5244200.54硫化镍Ni3S36901502.61硫化铅PbS12973413方铅矿PbS10101205.93脆硫铅锑而Pb4FeSb6Si48003016.73硫化铅锌矿PbS

12、-ZnS7201502.81辉锑矿Sb2S34501500.51硫化亚锡SbS10901007.92硫化锌ZnS3401800.23闪锌矿ZnS4321500.894微波工艺与其它工艺的比较工业上得到的硫化矿精矿，目前90%以上采用火法工艺，即氧化焙烧, 副产品为硫酸。制取的硫酸随市场而波动，甚至滞销，直至售价大大低于 生产成本，使一些边远地区资源不能开采或采用运输精矿方案。当矿源中 含有As矿物达到1.5%以上，又容易引起V2O5触媒中毒，使硫酸转化率下 降。另外制酸工艺耗水量大，废气含SO2能污染环境，也限制了该工艺在 一些地区的应用。对于硫化矿精矿，硫酸的最佳焙烧温度又能引起金的二次焙融

13、包裹而 影响其回收率。目前，国外开发的高压氧化预处理工艺因投资、设备材质及工艺的要 求严格，国内尚无应用。其它如微生物等工艺应用也极少。此二项技术工 艺均不能对矿物进行综合利用。高压氧化工艺国外已有在有色行业的工业生产的实例，但有废水处理工艺和消耗宝贵的水资源，硫元素等不能综合利用的弊病。目前国内外处理硫化矿的几种工艺比较如下表。附表二 目前国内外几种预处理方案特点见下表：工艺微波处理工艺高压焙烧工艺氧化焙烧工艺生物氧化工艺项目适应矿物种各种硫化矿含碳类不高神矿物不含碳铜高神矿物类物适应适应不适应贵金属及有最高较高-般较高色矿回收率副产品硫副产品单质需要石灰酸，要中和需中和酸性水，副产品与环硫

14、AS O，无中和大量部分酸性砷酸钙产物的稳境2 3污染酸性水水，有气体定性有待研讨污染耗水量极小水量大水量大水量大投资低成本投资高成投资高，成投资稍高，成本投资与成本低本稍高本一般稍低这两种工艺目前已禁止备注采用微波处理硫化矿石，不仅解决环境污染和矿物综合利用，对于铜镍硫 化矿、铜精矿、辉钼矿等有色金属简化了冶炼工艺，对于难选冶的贵金属 矿物（含As、S、C等有害元素）大幅度提高了回收率。经微波处理后，含砷硫化矿在原矿含砷40%以内，脱砷率大于95%, 以As2O3或As形式产出，脱硫率大于95%以上；硫化矿的脱硫率大于 93%，以单质硫回收；对于铜硫矿、铜镍矿等脱硫后可直接火法冶炼或湿 法冶炼。对金精矿可直接湿式浸铜再浸金银，金回收率可达96%以上，银回 收率高于氧化焙烧工艺，可达75%以上。金回收率比其它预处理工艺可提 高24%，银回收率提高2030%。5结语利用微波处理硫化矿石，不仅指标优越，而且可以得到砷及硫的副